光学技術の開発と応用は、低侵襲手術、レーザー治療、疾病診断、生物学的研究、DNA分析など、現代医学や生命科学が急速な発展段階に入るのに貢献してきた。

外科手術と薬物動態学

外科手術および薬物動態学における光学の役割は、主にレーザーと生体内照明およびイメージングという2つの側面で現れる。

1. エネルギー源としてのレーザーの応用

レーザー治療の概念は1960年代に眼科手術に導入された。様々な種類のレーザーとその特性が認識されるにつれ、レーザー治療は急速に他の分野にも拡大していった。

さまざまなレーザー光源（ガス、固体など）は、パルスレーザー（パルスレーザー）と連続レーザー（連続波）を発することができ、これらは人体のさまざまな組織に対して異なる効果を発揮します。これらの光源の主なものとしては、パルスルビーレーザー（パルスルビーレーザー）、連続アルゴンイオンレーザー（CWアルゴンイオンレーザー）、連続二酸化炭素レーザー（CW CO2）、イットリウムアルミニウムガーネット（Nd:YAG）レーザーなどがあります。連続二酸化炭素レーザーとイットリウムアルミニウムガーネットレーザーは、人体組織を切断する際に血液凝固効果があるため、一般外科で最も広く使用されています。

医療で使用されるレーザーの波長は、一般的に100nm以上です。人体組織における波長の異なるレーザーの吸収特性を利用することで、医療応用範囲が拡大しています。例えば、レーザーの波長が1μm以上の場合、水が主な吸収体となります。レーザーは、外科手術における切開や凝固のための人体組織吸収において、熱効果だけでなく機械的な効果も生み出すことができます。

特に、キャビテーション気泡や圧力波の発生といったレーザーの非線形機械効果が発見されて以来、レーザーは白内障手術や腎結石破砕化学療法などの光破壊技術に応用されるようになった。また、レーザーは光化学効果を利用して、光感受性メディエーターを持つ抗がん剤を特定の組織領域に誘導し、薬効を放出させるPDT療法のようなことも可能である。レーザーと薬物動態学の組み合わせは、精密医療の分野において非常に重要な役割を果たしている。

2. 生体内照明およびイメージングのためのツールとしての光の利用

1990年代以降、CCD（電荷結合素子）（デバイス）カメラが低侵襲手術（MITの低侵襲治療）に導入され、光学は外科手術への応用において質的な変化を遂げた。低侵襲手術および開腹手術における光のイメージング効果は、主に内視鏡、マイクロイメージングシステム、および外科用ホログラフィックイメージングを含む。

フレキシブル内視鏡胃内視鏡、十二指腸内視鏡、大腸内視鏡、血管内視鏡などを含む。

内視鏡の光路

内視鏡の光路は、照明と結像のための2つの独立した協調システムから構成されている。

硬い内視鏡関節鏡検査、腹腔鏡検査、胸腔鏡検査、脳室鏡検査、子宮鏡検査、膀胱鏡検査、耳鏡検査などを含む。

硬性内視鏡は一般的に、30度、45度、60度など、いくつかの固定された光路角度からしか選択できません。

小型ボディカメラは、小型CMOSおよびCCD技術プラットフォームに基づくイメージングデバイスです。例えば、カプセル内視鏡、ピルカム。人体の消化器系に入り込み、病変の有無を確認したり、薬の効果をモニタリングしたりすることができる。

カプセル内視鏡

外科用ホログラフィック顕微鏡は、開頭手術などの精密手術において、微細組織の3D画像を観察するために使用される画像装置である。

外科用ホログラフィック顕微鏡

要約：

1. レーザーは、熱効果、機械的効果、光感受性効果、その他の生物学的効果により、低侵襲手術、非侵襲治療、標的薬物療法におけるエネルギー源として広く使用されています。

2. 画像技術の発展により、医療用光学画像装置は高解像度化と小型化の方向で大きな進歩を遂げ、生体内での低侵襲かつ精密な手術の基盤を築いてきました。現在、最も一般的に使用されている医療用画像装置には以下のようなものがあります。内視鏡ホログラフィック画像およびマイクロイメージングシステム。